医院暖通空调系统特点及节能改造的案例分析

2021-12-31顾畅

北方建筑 2021年6期

顾畅

（北京国科天创建筑设计院有限责任公司，北京 100042）

随着现代医疗技术水平的提升，我国医疗卫生事业得到快速发展，同时医院等医疗机构的建筑规模也不断扩大，但由于医疗机构，尤其是医院医护人员对医疗环境要求不断升高，对暖通空调系统也提出了新的挑战和要求，而且暖通空调系统已经成为了医疗机构建筑的标准配置，每年医院建筑的能耗当中暖通空调系统的能耗占其中60%~70%。因此，集中空调系统是否能够得到合理运行与医院经济效益有着直接的关系。另外，医院绿化灌溉和照明用电等也属于能耗较高的部分，而医院当中对于照明系统和绿化也有着较高的要求，其直接关系到病患能够在良好的环境中快速恢复健康，以及医疗人员是否能获得更好的工作体验。所以，在现代低碳环保、生态文明建设的理念下，开展医院节能工作有着重要的意义。尤其医院暖通空调系统的节能改造已经成为了各单位所重视的焦点，本文将结合北京某医院暖通空调系统节能改造案例，讨论如何实现医院暖通空调系统节能降耗。

1 医院暖通空调系统特点

首先，医院建筑规模较大，这就要求暖通空调系统覆盖范围较广，且功能要求较多。随着社会和医疗卫生事业的高速发展，人们对自身健康水平的追求及医疗机构设施、医疗环境的需求也不断变化。医院建筑功能不再仅仅是进行疾病的治疗，而是开始集医疗、教学、科研、保健为一体，这就决定了医院建筑属于现代大型综合性建筑，医院暖通空调的能耗较大，空调管网系统更为复杂，而且用能结构也更为繁复，包括患者和家属、医疗医护人员、医院管理人员、后勤保障人员等[1]。另外，医院建筑有着很多大型医疗设施设备，尤其设备运行当中热负荷较大，用能的大部分设备都需要保持24 h 不间断运行，以北京某医院为例，其建筑面积超30 万m2，每天用能人数达到近2 万人。

其次，医院属于较为特殊的场所。因此，医院建筑也属于特殊性公共建筑，人员往往较为密集，而且不同人员对于环境的要求也不相同，例如重症监护室、分娩室、手术室等，其室内环境的风速、洁净度、风压温度和湿度等参数都有着明确的标准。而信息数据机房和一些大型医疗设备对于暖通空调系统运行的稳定性，有着很高的要求，如果系统发生故障，就会对设备造成损坏，从而影响医疗工作的顺利开展。此外，医院住院病房和行政办公楼的空调系统要求则相对较为灵活，仅需要能够满足制冷和采暖的日常要求。北京某医院中央空调系统主要分为舒适性空调系统、洁净空调系统、机房空调系统。其中洁净空调系统主要应用于洁净手术室，Ⅰ，Ⅱ级洁净手术室与负压手术室每间采用独立净化空调系统，Ⅲ，Ⅳ级洁净手术室每2 间合用一套净化空调系统。手术室内气流组织确保手术区处于洁净气流形成的主流区内。

最后，由于医院是属于特殊的医疗服务机构，其空调暖通系统需要不间断运行，而且必须要保证其运行的安全性与稳定性。例如，北京某医院门诊和住院病房及行政办公室在夏季需要运行4 个月~5 个月，冬季则需要运行6 个月。而手术室等洁净区域则必须保证全年运行，其系统较大且分区多，运行时间较长，这也是医院暖通空调系统的重要特征，因此，医院建筑的能耗要远远高于其他公共基础设施建筑，电力能源又是属于医院最主要的能耗类型，大部分医院每年的电力能源费用超百万元，甚至达到上千万元。从电能结构分布角度来说，其主要的消耗来源是属于各类空调设备设施，一些开设时间较长的医院主要是使用各类分体式空调，而一些新的现代化医院则主要是运用集中空调[2]。

根据相关数据显示，医院的暖通空调系统，整体电力能源消耗占医院总电能消耗的50%左右，甚至部分现代化新建医院已经达到60%~70%。因此，医院需要在确保暖通空调系统运行稳定性的前提下，积极进行暖通空调系统能源管控模式和整体运行方案的优化，以达到节能降耗的效果，同时也能够为医院节省大量的运行成本。

2 医院暖通空调系统节能改造案例分析

以北京某医院为例，主要建筑概况：该医院建筑面积30 余万m2，建筑按照功能和划分为门急诊、科研、教学、病房、综合办公及大型医技、保障用房，还包括其他院内生活用房。外墙主要使用预制混凝土和空心砖2 种材料，外窗则设计为双层玻璃内遮阳，所消耗的主要能源包括电力能源和天然气。

其中电力能源主要为暖通空调系统、通风系统、照明系统、特殊设备用电用能系统、综合服务系统等覆盖的所有建筑区域。

天然气主要应用在供暖系统、餐饮服务系统和特殊用能系统，主要涉及建筑区域为燃气锅炉和餐厅。医院建筑暖通空调系统当中，供暖系统主要运行时间为11 月—次年4 月，而制冷季节则主要为5月—9 月。照明系统、特殊用能系统、综合服务系统运行时间则全年运行[3]。

本案例中，北京某医院建筑暖通空调系统节能改造方案主要包括供暖系统的节能改造和空调系统的节能改造。

1）供暖系统节能改造

该医院建筑供暖热源主要是来自于医院内部设置的燃气锅炉，锅炉房内共安装有4 台10 t 燃气热水锅炉和2 台2 t 的燃气蒸汽锅炉。热水锅炉提供供暖热源，蒸汽锅炉提供医用蒸汽和生活热水热源。冬季取暖期通常运行3 台~4 台10 t 锅炉，初寒和末寒时期，则通常运行2 台~ 3 台，严寒时期运行4 台。非供暖期锅炉房通常只运行1 台~2 台2 t 蒸汽锅炉，以提供洗衣房、全院医用蒸汽和生活热水等热负荷。锅炉房共设置循环水泵12 台，采用每台锅炉配2 台水泵方式予以配置，均未安装变频控制装置[4]。因此，对于供暖系统的节能改造即进行气候补偿器系统增设。

出于供暖系统中供热设备依据建筑最大热负荷进行选型考虑，原有现实条件下，整个供暖期间建筑最大热敷和出现时间较短，能够实现最短时间内达到最大热负荷。气候补偿器的安装使用能够随着室外环境空气温度大小及时进行温度调节，主要是运用电动调节阀开度的调整来实现供回水混合比例，以达到换热站二次网供水温度调整的目的，实现换热站供热量动态调节[5]。

2）空调系统节能改造

本案例当中，医院门诊楼与诊断楼空调系统主要包括2 套，1 套为舒适性空调系统，主要承担楼内公共区域和各非手术房间空气调节。而另外1 套则为手术室洁净空调系统，主要承担所有手术室空气调节。舒适性空调系统主要运用风机盘管加新风送风方式，新风机组分布于各楼层新风机房，新风经过温湿度处理及过滤后，送入各个房间。风机盘管布置则较为灵活，安装于各房间内，可实现每个房间的单独控制。洁净空调则为定风量全空气系统，能够确保室内正压与洁净度，主要由分布在楼内设备夹层的洁净空调机组负责。空调水系统则主要包括两管制与四管制，楼内舒适性空调区域采用两管制，配备2 台离心式冷水机组，夏季冷冻水与冬季二次热水均连接至空调水系统分水器，空调系统供冷工况的冷冻水和供热工况的二次热水，分别通过阀门切换予以实现。洁净空调水系统形式为四管制，配备2 台螺杆式冷水机组，专门为手术室提供冷源。冷水机组冷冻水与板式换热器二次热水分别连接至空调机组冷热水供回水管道，以达到供冷工况与供暖工况独立运行的效果[6]。

本项目空调系统节能改造首先针对水泵变频控制改造。一般来讲，中央空调系统在设计时需要依据最大负荷来进行设备选取，而全年实际运行过程当中，年平均负荷往往远小于系统设计负荷，当最大负荷出现时，其时间通常不会超过总运行时间的10%，一般的做法是依靠调节阀门开度来增大管网阻力，从而达到流量控制的目的，但此做法会加大能量的消耗，需依据建筑实际运行负荷对空调系统作出调节[7]。

其次，水泵变频控制方式改造。这一部分改造主要考虑的是温差和压差等两种常见水泵变频方式，温差控制方式主要是运用供回水钢管温差作为控制参数，以此来进行设计供回水温差的控制，通常为 5℃[8]。

供回水管均安装温度传感器系统，运行时对温差进行检测，将计算的两个管路温差数据回传至控制装置，并与设定值进行对比，以负荷为依据，通过改变水泵流量来降低能耗。

压差控制方式则主要是设计为水气筒中压差值作为控制器输入信号，将压差控制器控制在10 cm 以上，并采用自拌热，尽最大程度降低热量损失，并采用绑扎法来予以处理，使用厚度为20 mm 的石棉绳来进行访问层处理，运用玻璃纤维布来作为保护层，同时进行防腐漆隔潮涂刷，确保能够实现热量损耗的控制[9]。

3 医院暖通空调系统节能改造前后对比

以门诊楼建筑空调系统为例，其节能改造前建筑概况见表1。

表1 改造前门诊楼空调系统

经改造后，门诊楼能源消耗对比见表2。

表2 改造后门诊楼建筑空调能耗对比

经调研发现，门诊楼每年5，6，8 月份冷水机组负荷在50%以下，由离心式制冷机组COP 与负荷率关系可见，负荷率在50%~80%之间范围内，离心式制冷机组COP 最高，可到较高利用率，如长期保持负荷率低于50%，会降低机组COP，单位冷量耗电量则会相应增长，也容易发生喘振问题，影响运行稳定性。为此，节能改造将门诊楼空调系统分水器、集水器通过DN250 管道连接，于5，6，8 月份使用门诊楼1 台冷寂，满足门诊楼供冷。

制冷系统节能改造后能耗节能量见表3。